巻頭言

004(636)　アンチ・エイジング医学－日本抗加齢医学会雑誌　Vol.11 No.5

Kazuo Tsubota（KT）　Thank you very much, Prof.

Brenner, for the interview for the journal today.

Yesterday, you gave us a wonderful lecture about

nicotinamide riboside （NR）. I read your very exciting

paper about NR that you published in Cell in 20071）.

Charles Brenner（CB）　Yes, in 2004 and 2007 we

had Cell papers1）2）.

KT　You reported in the Cel l paper that NR is

an a l ternat ive pathway to NAD and a lso you

mentioned that NR is a nutrient in some foods like

milk2）. Recently, more new papers have also been

published, so please explain what NR is and about

KT　ブレナー先生，今日はインタビューにお越しいただいてありがとうございます。昨日，先生からNR（nicotinamide riboside）に関するすばらしい講演をうかがいました。先生が2007年に Cell に発表された論文を拝読しました１）。CB　はい。2004年と2007年に Cell に論文を出しています１）２）。KT　先生は2007年の Cell の論文で，NR は NADに関わるもう一つのパスウェーであること，そしてミルクに NR を含んでいるということを述べていらっしゃいました２）。最近では多くの論文が出ていますが，NR とは何であるのか，また NAD の理論についてお話をいただけますか？

Charles Brennerインタビュー

Charles Brenner, PhDRoy. J. Carver Chair of Biochemistry and Professor of Internal MedicineCarver College of MedicineFounding Co-Director, Obesity Research and Education InitiativeUniversity of IowaIowa City, IA, USAFounder, NRomics, LLCBrenner Lab: biochem.uiowa.edu/brennerObesity Initiative: http://www.medicine.uiowa.edu/obesity/NRomics: www.nromics.com

Introduction　チャールズ・ブレナー先生は長年お会いしたかった先生のお一人だ。今から８年前の2007年，NAD を供給する新たなパスウェイとしてニコチナマイドライボサイド（NR）があり，これらがミルクやチーズに含まれているという論文を Cell 誌に発表した。当時，トリプトファンからの産生以外はNMN（ニコチナマイドモノヌークレオタイド）だけが注目されていたので，NRストーリーは非常に注目を浴びた。　個人的にはこの NR を覚えるのが大変で，ニコチナマイドライボサイド！！ニコチナマイドモノヌークレオタイド！と100回くらい叫んで覚えたのを思い出す。さすがに100回も言っていれば覚えるもので，“別に記憶力が落ちたわけじゃない！　努力が足りなかったのだ！”と納得したのを覚えている。今回サーチュインの KeyStone ミーティングでお会いして，インタビューをすることができた。少しわかりにくいところもありますが，この NAD ワールドは必ずアンチエイジング医学の主流になっていくと思いますので，頑張って読んでいただければ幸いです！！ （坪田　一男）

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アンチ・エイジング医学－日本抗加齢医学会雑誌　Vol.11 No.5　005(637)

CB　NR は，NAD の３つのサルベージ回路のビタミン前駆体の一つです。そして，NAD（Nicotinamide adenine dinucleotide）は，生体内のすべての細胞においてハイドレート移動補助因子の中心であると私は考えています。すべての生物は NAD 補酵素をもち，NAD 依存性の代謝変換をします。それは燃料利用の中心的なものであり，というのも，どんな細胞であっても燃料を酸化させます。たとえ，炭素がアミノ酸や脂質だったとしても，対になった酵素がハイドレート（hydride；２つの電子のある陽子）を変化させ，NAD＋へ，その後 NADH へと変化させます。そして，燃料の酸化を続けるために，酵素は NADH を再度酸化させて，NAD＋へと戻さないといけません。これは主にミトコンドリアの膜内で起き，ATP 産生の中心的な役割を果たしています。KT　先に進む前に，今日私が明確にしたいことなのですが，NAD には２つの機能があるということです。一つは酸化還元の補酵素であり，もう一つはNADを消費する酵素の基質となるというものです。CB　NAD の酸化還元における役割としては，これはほとんど20世紀の初めから明らかになっていたものです。Arthur Harden が，解糖系のない細胞を再構成した際に，NAD とマグネシウムを含む分画をみつけ，cozymase と名付けました。これは NAD が分解されていないものです。さらに1960年代までに，NAD の細胞分解が起きることもわかりました。その原因となる酵素は単純に NAD glycohydrolases と呼ばれました。　誰も，一つの細胞が NAD 補酵素を取り込み，ニコチナマイドと ADP-ribosyl に分解する性質をもっているのかを理解できませんでした。NADを消費する補酵素は，サーチュインと poly（ADP-ribose） polymerase（PARP）と cyclic ADP-ribose synthetases から成っています。今では，これらはシグナリング補酵素で，移行後の変異と細胞機能を制御するためのカルシウム移動をコントロールすることがわかっています。　そこで，NAD が酸化還元酵素にどの程度使われ，

the NAD story.

CB　Nico t i nam ide r i bos i de i s one o f t h r ee

salvageable vitamin precursors of NAD. NAD,

nicotinamide adenine dinucleotide, is what I would

call the central hydride transfer cofactor in all living

cells. All living things have the NAD coenzyme and

NAD dependent metabolic transformations. It is so

central to fuel utilization because whenever any cell

is oxidizing fuels--whether they are carbohydrates,

amino acids, or fats - a set of enzymes has to

transfer hydride （a proton with 2 electrons） onto

NAD+, thereby forming NADH. And in order to

continue to oxidize fuel, enzymes have to re-oxidize

the NADH back to NAD+. This is largely done on

the mitochondrial inner membrane and is central to

adenosine triphosphate （ATP） production.

KT　Before we go forward, I’d like to clarify that

NAD has two functions: one as a redox coenzyme

and the other as substrate of NAD-consuming

enzymes.

CB　The redox role of NAD has been understood

almost since the beginning of the 20th century.

When Arthur Harden reconst i tuted ce l l f ree

g lyco lys is , he had a f ract ion that he ca l led

cozymase and that contained NAD and magnesium.

That is the non-destructive function of NAD. It

was also understood, though, by the 1960s that

there is cellular breakdown of NAD. The responsible

enzymes were simply called NAD glycohydrolases.

　People had no idea why a cell would have this

destructive capability of taking the NAD coenzyme

and breaking it into nicotinamide and an ADP-

ribosyl product. NAD consuming enzymes consist of

sirtuins, poly （ADP-ribose） polymerase （PARP）, and

cyclic ADP-ribose synthetases. We now understand

that these are signaling enzymes that control post-

translation modifications and calcium mobilization in

巻頭言

006(638)　アンチ・エイジング医学－日本抗加齢医学会雑誌　Vol.11 No.5

NAD を消費する補酵素としてどれだけ使われるのでしょうか？　その答えは，おそらく細胞の状況によるのだと思っています。もし，細胞の DNA に損傷を与え，一本鎖切断が起きた場合，PARP（poly ADP-ribose polymerase）が活性化されます。結果的に，NAD のターンオーバーのレベルが高くなります。加えて，NR を補足することによって，NAD が活性化すると，NAD レベルはそのベースラインを越えてしまいます。私たちの考えでは，かなりの NAD が酸化還元酵素と反相関します。そして NAD をより固くバインディングしてしまうのです。NAD に対してかなり高い KM 値があるサーチュインの存在もあり，遺伝子の発現をコントロールすることができ，また，変換した後の変容（post translation modifications）を逆転させることができれば，NR を補足することによって大きく増加します。　そのため，もし細胞を効果的に補助することができ，NAD 代謝を増やすことができれば，多くのサーチュイン依存的な制御のプロセスを活性化することができます。しかしながら，NAD flux は NAD を消費するパスウェーになるのか，もしくは主に代謝に関わっているのか，という問題についてはまだわかっていないのです。KT　わかりました。PARP が主な消費をしていて，NAD レベルを上げる一つの方法は PARP 阻害剤を利用することになる，と先生はお話になっていました。でも，普通に考えますと疑問が沸いてきます。もし，PARP を阻害したら DNA 自体には何が起きてしまうのだろうか？と。PARPを阻害することで，大きな障害が蓄積しないのだろうか？と。CB　その可能性があります。PARP 阻害剤は，抗がん物質として多くは開発されているのです。BRAC1遺伝子保有者の乳がんや子宮がんの女性がPARP 阻害剤を使用するということには，非常に面白い論拠になると思っています。もし，BRAC1遺伝子保有者であれば，その腫瘍は，BRCA1－/－

になる可能性が高いです。細胞は，一本鎖修復を

order to regulate cellular functions.

　How much NAD is being used by oxidoreductases

and how much by NAD consuming enzymes? I think

the answer is, it depends on cell state. When DNA

is damaged in the cell and single strand breaks

are generated, then PARP is activated, which can

lead to a high level of NAD turnover. In addition,

when NAD is boosted by NR supplementation, the

NAD levels can rise above baseline levels. We think

that a substantial fraction of NAD is reversibly

associated with oxidoreductases, some of which

bind NAD pretty tightly. Because some of the

sirtuins have relatively high KM values for NAD,

their ability to control gene expression and their

ability to reverse post translation modifications

can be greatly increased by NR supplementation.

Thus, when you effectively supplement a cel l

and increase NAD metabolism, you can boost

a lot of sirtuin-dependent regulatory processes.

However, the quantitation of how much NAD flux

is in NAD consuming pathways versus how much

is associated with central metabolism remains a

somewhat unsolved problem.

KT　I see. You mentioned that PARP is a major

consumer and one way to increase the NAD level

is to apply an inhibitor of PARP. But naturally, the

question arises: if we stop PARP, what happens to

the DNA itself? Will big damage accumulate if we

stop PARP?

CB　Potentially. PARP inhibitors are largely being

developed as anti-cancer agents. There’s a very

interesting rationale for using PARP inhibitors in

women that have breast or ovarian cancer that

are BRCA1 carriers. If they are BRCA1 carriers,

their tumors are likely to be BRCA1−/−. Cells can

conduct single strand repair either through the

BRCA1 pathway or the PARP pathway. Effectively

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アンチ・エイジング医学－日本抗加齢医学会雑誌　Vol.11 No.5　007(639)

BRCA1パスウェーか PARP パスウェーを通して行うことができます。腫瘍におけるBRAC1パスウェーが効果的に患者さんの遺伝子からノックアウトされると，腫瘍は非常に無防備な状態になります。しかし，PARP 阻害剤で心配されることの一つは，先生がお話になったように，DNA 損傷を蓄積してしまい，さらに問題が生まれるのではないか，という点です。ですので，PARP 阻害剤は健康な人には投与しないこと，そして，NAD の前駆物質で補うことがよいのではないかと考えているところです。KT　今年２月（第11巻第１号）の本誌で今井眞一郎先生をインタビューしました。今井先生は，NMN を熱心に研究しています。そのときに今井先生が話していたのが，（NMN は）NAD にワンステップで変換できるということでした。でも，NR にするには，NAD からですと２ステップあることになります。なので，NMN のほうが NR よりも有利であると理解したのですが，先生はこのことをどう考えますか？CB　私が理解している限りでは，NR と NMN を並べて実験したことはないのではないかと思います。NAD や NMN が細胞に入るとき，ヌクレオチドにはほとんど優先順位がありません。一般的には，NR やアデノシンはヌクレオチドトランスポーターを介して細胞に入ります。そこで考えられているのは，細胞外 NAD や細胞外 NMN は基本的に NR に分解され，NR として運ばれて，NR カイネスパスウェーの代謝回路を経て使われるのです。KT　今井先生からのお話を聞いて，私は，NADそのものは細胞膜を通らないけれど，NMN は通れると理解していました。ですから，eNAMPT がNMN を作るのはそのためだと考えていました。CB　eNAMPT は確かに NMN を作り出しているようにみえます。しかし，NMN を NR に戻している酵素もあるのです。読者の方がわかりやすいように，NR がどのように発見されたのか，その歴史をお話したいと思います。Haemophilus influenza という変わったバクテリアがありました。これはイン

the BRCA1 pathway in the tumor is knocked out

from the genetics of that person and her loss of

heterozygosity. In these patients, when you inhibit

PARP, the tumor is really vulnerable. But one of the

worries with PARP inhibition is, just as you said,

whether one would accumulate DNA damage and

have additional problems. So we don’t think that

PARP inhibitors should be given to healthy people

and we think that supplementation of NAD through

precursors is probably the way to go.

KT　In the Feb rua r y i ssue o f t h i s j ou rna l , I

interviewed Shin-ichiro Imai. He’s a strong promoter

of NMN. And in my brief talk with him, he said NMN

can be converted to NAD in just one step. But for

NR, there are two steps to convert to NAD. So

now I understand through his talk that NMN has

an advantage over NR. So what do you think about

this?

CB　As far as I know, NR and NMN have never

been tested side to side. There’s little precedence

for nucleotides like NAD or NMN entering cells. In

general, nucleosides like NR or adenosine can enter

cells through nucleoside transport. What we expect

is that extra-cellular NAD and extra-cellular NMN are

essentially degraded to NR, transported as NR, and

are then utilized through the nicotinamide riboside

kinase pathway.

KT　I understand from Dr. Imai that NAD itself

cannot go through the membrane but NMN can go

through it. Because that is the reason eNAMPT is

producing NMN.

CB　eNAMPT appears to be producing NMN, but

there’s an enzyme that converts that NMN back to

NR. Let me go back and clarify for readers where

NR came from - the history of NR. There’s an

unusual bacterium called Haemophilus influenza.

It’s a flu bacterium - not a flu virus, but bacterium.

巻頭言

008(640)　アンチ・エイジング医学－日本抗加齢医学会雑誌　Vol.11 No.5

Haemophilus means “loves blood.” Haemophilus

cannot grow in synthetic media unless you put a

drop of blood in it. In the 1940s, microbiologists

f ract ionated b lood to f ind out what a re the

factors in blood that are required for the growth of

Haemophilus influenzae.

　They discovered 2 factors: one is heme. This

bacterium cannot make it’s own porphyrin ring, so

it takes that from the vertebrate host. In addition it

cannot make its own NAD from any of the previously

known NAD precursors, which are aspartic acid

in most bacteria, tryptophan in most eukaryotes,

nicotinic acid, or nicotinamide. As you know,

nicotinic acid and nicotinamide are collectively

known as niacin or vitamin B3.

　However, if you take NAD with heme and provide

it to Haemophilus influenzae, it can grow. It can

also grow on NMN and can grow on NR. It turns

out, Haemophilus influenza has an extra-cellular

enzyme activity that degrades NAD to NMN and

to NR. The bacterium then transports the NR

and converts it intracellularly to NMN and then to

NAD. Interestingly enough in 2007, we identified

CD73 as the human homolog of the extracellular

bacterial NAD and NMN degrading activity3）. In fact,

it has been experimentally shown that CD73 is an

extracellular nucleotidase with the ability to release

NR from NMN.

KT　What about CD38?

CB　CD38 breaks down NAD extracellularly to

nicotinamide and ADP-ribose.

KT　And CD73 will convert from NMN to NR.

　So there’s a possibility for entering the cell, that

NMN is converted to NR and then NR converted to

NMN again in the cell?

CB　Yes that ’s what we th ink . So we expect

t h a t N M N a n d N R a r e g o i n g t o b e l a r g e l y

フルエンザのバクテリアで，インフルエンザ菌ではありません。バクテリアなのです。Haemophilusというのは「血を好む」という意味ですが，その中に血液を１滴でも入れない限り，合成培地では成長することができませんでした。1940年代に，微生物学者が血を分解し，Haemophilus influenzae の成長に血のどの成分が使われているのかを調べたのです。　そこでみつかったのが２つの成分でした。一つはヘムです。そのバクテリアは自分でポルフォリン環を作れないため，それを脊椎動物宿主から摂取していたのです。加えて，NAD も作れませんでした。少なくとも，多くのバクテリアにおいてのアスパラギン酸，真核生物においてのトリプトファンやニコチン酸，ニコチナマイドというようなすでに知られていた NAD の前駆物質から，NAD を作ることができなかったのです。そして，ニコチン酸とニコチナマイドはそれぞれ，ナイアシンとビタミン B3と考えられていたのです。　 し か し な が ら， ヘ ム と NAD を 一 緒 に し てHaemophilus influenzae に与えると，成長することができたのです。そして，NMN でも NR でも成長することができました。そしてわかったのは，Haemophilus influenzaは細胞外の酵素活性があり，それが NAD を分解して NMN にし，さらに NR へと変換するということです。そして，このバクテリアは，NR を運んで，細胞内において NMN に，そして NAD へと変換させるのです。とても面白いことに，2007年に私たちは，CD73が細胞外におけるバクテリアの NAD や NMN の分解を行うヒトのホモログであることを解明しました３）。実際に実験でわかったのは，CD73は細胞外のヌクレオチドであり，NMN から NR を放出できるということでした。KT　CD38はどうですか？CB　CD38は，細胞外で NAD を，ニコチナマイドと ADP-ribose に分解します。KT　そして，CD73は NMN を NR へと変換をするのですね。　その場合，細胞に入るときに NMN が NR に変換

巻頭言

アンチ・エイジング医学－日本抗加齢医学会雑誌　Vol.11 No.5　009(641)

bioequivalent. Though their absorption, distribution,

pharmacokinetics and pharmacodynamics may be

a little bit different, we consider them to both to be

cellular NAD precursors through the nicotinamide

r i bos ide k inase pathway . I n fact , the re a re

experiments that have been published in support of

the idea that NMN requires dephosphorylation and

subsequent activity of the nicotinamide riboside

kinase pathway.

KT　I see. Is there any evidence that nicotinamide

riboside kinase is not decreasing with aging like

NAMPT?

CB　That’s a very interesting point. NMN inside

the cell is a very important metabolite because

evidence suggests it’s the metabolite that has

to be formed in the cytoplasm in order to elevate

mitochondrial NAD. As you know, mitochondrial

metabolism is very important in fuel utilization,

anti-aging, and prevention of diseases. As Dr. Imai

has shown, NAMPT expression declines in aging.

And interestingly, nicotinamide riboside kinase 2

expression is increased as a function of a number

of stresses.

KT　Is it like a compensation mechanism?

CB　Nicotinamide riboside kinase 2 is increased

in a number of muscular, cardiac, and neurological

stress situations, suggesting that particular cells

are looking for NR in order to replenish their NAD.

Thus, if NAMPT is declining and nicotinamide

riboside kinase 1 and/or 2 expression is maintained

or even increased in some circumstances, those are

the conditions that may inform the beneficial uses

of NR.

KT　Thank you very much. Finally, what is the future

of the NR story? Please give us your final words for

our readers.

CB　What I would say is that our laboratory and

され，そして，再度 NR が NMN に細胞内で変換されるという可能性はありませんか？CB　はい，それが私たちが今考えていることです。NMN と NR がほぼ生物学的に同等ではないかと考えています。その吸収，分布と薬物動態，薬理学には少し違いがあるものの，ともに NR カイネスパスウェーにおける細胞の NAD 前駆体であると思っています。NMN は脱リン酸化と，それに続く NR カイネスパスウェーの活動が必要であるという考えを支持する研究についても先日発表されましたよね。KT　なるほど。NR カイネスが NAMPT のように，エイジングとともに減るというようなエビデンスはあるのですか？CB　非常に面白いポイントです。NMN は細胞の中にあり，代謝に重要な役割を果たします。というのも，ミトコンドリアの NAD を上げるために細胞質へと代謝することをエビデンスが示しています。ご存知のように，ミトコンドリアの代謝は，活性やアンチエイジング，そして病気の予防にとても重要であるといえます。そして，今井先生が示したように，NAMPT の発現はエイジングとともに減少します。面白いことに，NR カイネス２の発現は，ストレスへの対応という点で増加していくのです。KT　それは機能を代替するのでしょうか？CB　筋肉，心筋，そして神経学のストレスの数からいうと，NR カイネス２は増加します。つまり，特定の細胞は NAD を補充するために NR を探しているようなのです。こうして NAMPT が減少すると，nicotinamide riboside kinase 1 and/or 2の発現が維持されるか，ある状況においては増加するのです。それはある意味では，NR の効率的な使い方ということができるでしょう。KT　ありがとうございました。最後に，NAD，ニコチナマイド，NMN，サーチュインのストーリーがこれからどうなっていくかをお話いただけますか？　読者に何かコメントをいただけると嬉しいです。CB　今日お話したことは，研究室で，共同研究者

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010(642)　アンチ・エイジング医学－日本抗加齢医学会雑誌　Vol.11 No.5

が疾患モデルの動物，多くはネズミで，肥満モデル，アルコール性脂肪肝，糖尿病，抗がん剤誘発型末梢神経障害などのモデルで，NR を研究して得たことです。今，ちょうどネズミにおける長寿研究をまさに始めようとしています。どの NR が健康を改善することを促進するのか，その反応に関わるバイオマーカーを理解し，メカニズムを定義することを目的にしています。そして，予期していない複雑な状況を完全に理解するには研究は欠かせないと思っています。この物質をもっとより理解したいと考えていて，ラボの仲間も私も NR の研究の未来にわくわくしています。KT　今日はありがとうございました。非常に楽しく，光栄でした。

those of our collaborators are investigating NR in

a number of disease models, largely in rodents,

including obesity, alcoholic fatty liver, and diabetic

and chemotherapy-induced peripheral neuropathy.

We are about to start a longevity trial in rodents

as we l l . We a im to unde rs tand b i oma rke rs

of respons iveness and prec ise ly def ine the

mechanisms by which NR promotes improvement

to health. Research is also necessary to fully

understand any potential unforeseen complications.

We want to understand this molecule better. My

colleagues and I are very excited about the future of

NR research.

KT　Thank you very much, Dr. Brenner. It was a

great pleasure and honor.

References１） Belenky P, Racette FG, Bogan KL, et al : Nicotinamide riboside promotes Sir2 silencing and extends lifespan via Nrk and

Urh1/Pnp1/Meu1 pathways to NAD+. Cell 129 : 473-484, 2007２） Bieganowski P, Brenner C : Discoveries of nicotinamide riboside as a nutrient and conserved NRK genes establish a

Preiss-Handler independent route to NAD+ in fungi and humans. Cell 117 : 495-502, 2004３） Belenky P, Bogan KL, Brenner C : NAD＋ metabolism in health and disease. Trends Biochem 32 : 12-19, 2007